郑州防洪减灾水文信息预警系统设计

2011-08-28陆桂明程传格任中伟

华北水利水电大学学报(自然科学版) 2011年6期

陆桂明，程传格，任中伟

(华北水利水电学院，河南郑州450011)

河南地处黄河、淮河、长江、海河4大流域区，山峦沟壑犬牙交错，河流众多，又受到季风影响和河南地形所限，洪涝易于形成而不易排泄.而且，小城镇建设规划不完善，缺乏防御洪涝灾害的措施，防洪工程设计标准低［1］.预报、预警、通信等非工程措施的技术保障能力落后，长期形成的组织动员体系与工程措施、非工程措施的管理体系不能有效匹配等也促使了河南历史上洪涝灾害频发.融合多样化的信息采集、通信传输、预警预报、科学调度资源，建立严密、高效、适应信息化要求的组织动员机制，是减轻或避免洪涝灾害损失、促进社会稳定和进步的有效途径.

1 郑州防洪态势

郑州市地跨黄河、淮河 2大流域，总面积7 446.2 km2.黄河流域包括巩义市、上街区全部，荥阳市、邙山区一部分及中牟县、新密市、登封市一少部分，面积1 830 km2，占全市总面积的24.6%;淮河流域包括新郑市、中原区、二七区、管城区、金水区全部，新密市、登封市、荥阳市、中牟县和邙山区的大部，面积5 616.2 km2，占全市总面积的75.4%.全市有大小河流124条，流域面积较大的河流有29条，其中黄河流域6条，淮河流域23条.过境河道有黄河、伊洛河，多年平均过境水量444.1亿m3(黄河花园口站)，其中伊洛河过境水量31.4亿m3(黑石关站)［2］.由于郑州市历史上和建国后，在不同时期曾发生了多起洪涝灾害，给人民生命财产造成了巨大损失，防洪减灾形势不容乐观.

2 综合通信系统模型

为了有效地采集防洪减灾信息，发布和传输预警命令、抢险指挥和灾情现场等信息，建立安全的通信系统十分必要.防洪减灾通信系统的总体要求是覆盖面广、实时性强、畅通率高、系统稳定可靠.

根据郑州市洪涝灾害的防御特点和洪涝灾害预警决策的需求，设计运用气象预报、水文监测、地质灾害监测、城市防洪监测、黄河河务调度、防空警报、移动通信、广播电视等部门的通信传输系统组成综合通信网络，充分发挥行业专网的作用，进行优势互补和资源共享.建立的郑州防洪减灾预警综合通信系统模型如图1所示.

洪涝灾害通信系统将为监测人员与各级专业部门之间、各级专业部门与各级防汛指挥部之间的信息传输、信息交换、指挥调度、指令的下达、灾情信息的上传、灾情会商、洪涝预警信号传输和信息反馈提供通信保障.通过洪涝灾害通信系统建设，实现洪涝灾害防御区气象、水文、泥石流、滑坡等监测信息以及洪涝警报的实时传输，确保信息及时上报和防灾避灾指令的迅速下达以及山洪警报及时发布等.

综合通信系统运用了计算机通信信息网络、广播电视信息网络、移动通信网络、短波和超短波通信网络、卫星通信网络、视频会商与监控网络和视频监控系统.

图1 郑州防洪减灾预警综合通信系统模型

3 水文信息预警系统的设计开发

水文信息预警系统作为郑州防洪减灾预警综合通信系统的一个组成部分，在防洪减灾工作中起着重要作用.在县级以上防汛指挥部门特别是山洪灾害严重的区域应建立该系统，以获取实时水雨情信息，及时发布山洪灾害预报警报，为防洪、抗旱和水利工程的施工、运用、管理等提供科学依据.

3.1 关键技术

该系统前台开发工具采用可视化编程工具Delphi 7.0［3］，后台数据库采用微软的 SQL Server 2005数据库［4］.系统包括管理程序和后台程序.通过使用Delphi提供的标准构件、第三方构件、修改构件和Windows API函数调用编写了管理软件程序.在设计数据库的基础上，采用了ADO Connection，ADO DataSet和DataSource等数据连接控件对后台数据进行连接［5］.通过自定义函数的建立实现数据窗口和数据表的合理结合.

3.2 总体设计

水文信息预警系统包括水文信息汇集、信息查询、预报预警和短信管理几个模块.系统根据检测站采集的水文信息数据，在充分研究过去水文演变规律的基础上，编制预报方案，对未来的水文现象做短期的定量预报并提供防御方案.同时根据预警信息危急程度及洪水可能危害范围的不同，通过短信管理平台将预警信息及时、准确地传送到洪水可能危及的区域，使接收预警区域的工作人员根据洪水灾害防御预案，及时采取预防措施，最大限度地减少人员伤亡和财产损失［6］.水文信息预警系统总体结构如图2所示.

图2 水文信息预警系统结构示意图

该系统实现了水文信息的基本管理功能，包括水文信息的录入、查询、修改、删除;其次，实现水文信息的预报和预警，包括预警阈值的设定和制订相应的防御方案;与互联网结合，点击即可进入相应的网站.系统还实现了短信息管理，结合相应的硬件设备，即可实现短信息的实时发送，更好地发挥系统的预警作用.

该系统包括8个子系统:系统管理、基础信息管理、水情信息查询、雨情与气象信息查询、水文信息预报、预警状态查询、曲线图制作和短信管理.分别介绍如下.

1)系统管理.其功能主要有管理员设置、更改密码、重新登陆、数据备份、数据还原等.

2)基础信息管理.可实现县乡基本情况、历史山洪情况、检测站点、小流域、工程信息、河道防洪指标、库站防洪指标、汛限水位等基础信息的管理.

3)水情信息查询.该子系统可查询河道水情、水库水情、堰闸水情，可进行降水量统计，计算河道、水库及堰闸水情多日均值等.可对测站及信息进行添加、修改和删除，还可对信息进行保存.数据可与后台数据库保持同步.

4)雨情与气象信息查询.其功能主要包括雨情日报表、暴雨加报表、特殊水情表、气象信息的查询.

5)水文信息预报.该子系统可实现降水量预报、河道水情预报、水库水情预报、闸门水情预报和闸门启闭情况预报.

6)预警状态查询.进行预警阈值设置，如图3所示;防御方案制订，如图4所示;实现预警人员信息管理;可制作库湖汛限位表、洪水传播时间表、典型洪水水位流量关系表、综合水位流量关系表、库(湖)容曲线表、水位(流量)频率分析成果表、洪水频率分析参数表、多年平均蓄水量表、库(湖)蓄水量多年同期均值表、旬月降水量多年平均值表、断面测验成果表.

图3 预警阈值设置

图4 防御方案

预警阈值设置主要为用户提供发布预警级别的依据，用户可以选择不同的河流，系统会自动显示每个河流对应的警戒水位，然后选择不同的预警级别(包括4个级别)，系统会自动显示对应级别发出蓝色、黄色、橙色和红色预警的水位条件.防御方案主要为用户提供对应不同级别的预警应该采取的相应防御措施.

7)曲线图制作(查询).该子系统可制作(查询)河道水情曲线图、水库水情曲线图、堰闸水情曲线图、降水量统计曲线图、河道水情多日均值曲线图、水库水情多日均值曲线图、河道防洪指标曲线图和库站防洪指标曲线图等.某测站的河道防洪指标曲线如图5所示，可记录、显示各测站的基本情况，包括警戒水位、保证水位、实测水位和预测水位.提供查询功能，输入测站编码即可查询.

8)短信管理平台.功能有系统设置、平台管理.包括联系人、收件箱、发件箱、草稿箱、废信箱、常用短语等.可实现联系人和短语的添加、修改等，该平台界面如图6所示.